11.21 : Chromatographie par échange d'ions

La chromatographie par échange d'ions, ou IEC, est une technique de séparation des ions en fonction de leur affinité pour la phase stationnaire. La phase stationnaire est une résine polymère réticulée avec des groupes fonctionnels ioniques liés de manière covalente. Les groupes fonctionnels peuvent être chargés positivement (échangeurs de cations) ou négativement (échangeurs d'anions). Un échangeur de cations est constitué d'un anion polymère et de cations actifs, tandis qu'un échangeur d'anions est un cation polymère avec des anions actifs. Le choix de la phase stationnaire dépend de la nature des analytes et de la séparation souhaitée.

La phase mobile, généralement un tampon aqueux, s'écoule à travers la phase stationnaire, et le pH du tampon joue un rôle crucial dans la détermination du temps de rétention des solutés. De l'équilibrage aux étapes de lavage, le pH est sélectionné pour influencer le type d'échangeur d'ions utilisé et le degré d'affinité de liaison de l'analyte à l'échangeur. Plus la différence entre le point isoélectrique (pI) de l'analyte et le pH du tampon est grande, plus l'espèce cible se lie fortement à la phase stationnaire. L'ajustement du pH permet de contrôler les interactions ioniques entre les analytes et la phase stationnaire, ce qui conduit à leur élution différentielle.

Certains défis peuvent survenir lorsque les analytes ont des charges similaires dans les conditions de pH données, ce qui entraîne une mauvaise résolution. De plus, des concentrations élevées d'ions dans la phase mobile peuvent contribuer à une conductivité de fond élevée, ce qui interfère avec la détection. Une solution consiste à utiliser une colonne de suppression d'ions pour éliminer les ions interférents de la phase mobile.

La sélectivité de l'IEC est déterminée par le type de site d'échange utilisé, fort ou faible, et le degré de réticulation dans la résine. Les sites d'échange forts ont une affinité plus élevée pour les ions et fournissent des interactions plus fortes, ce qui entraîne des séparations plus sélectives. De plus, le degré de réticulation affecte la porosité et la perméabilité de la résine, ce qui influence à son tour l'efficacité de la séparation.

Les résines doivent répondre à des exigences spécifiques telles qu'une solubilité négligeable, un taux de diffusion des ions, une stabilité chimique et une densité supérieure à celle de l'eau lorsqu'elles sont gonflées. Les méthodes de détection comprennent l'absorption UV/Vis ou la détection indirecte si les solutés n'absorbent pas dans la gamme UV/Vis.

L'IEC a de nombreuses applications dans l'analyse de l'eau, la biochimie, la purification des protéines et l'analyse de divers composés tels que les acides aminés, les nucléotides et les produits pharmaceutiques. Elle permet la séparation des analytes chargés en fonction de leur affinité pour la phase stationnaire, fournissant un outil puissant pour la purification, l'analyse et la caractérisation de mélanges complexes.